แท่งพรีฟอร์มขาดตลาด -ควอตซ์บริสุทธิ์สูงเข้ามา

ในขณะที่กระแสการประมวลผล AI ทั่วโลกเพิ่มสูงขึ้น ใยแก้วนำแสง-"หลอดเลือด" ของเครือข่ายการสื่อสาร-ก็กำลังเผชิญกับความต้องการที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน แต่ห่วงโซ่อุตสาหกรรมทั้งหมดกลับประสบปัญหาคอขวดด้วยแท่งแก้วที่ดูเหมือนไม่เด่นนัก ซึ่งปัจจุบันกลายเป็นสินค้าที่หายากอย่างยิ่ง ราคาของพรีฟอร์มใยแก้วนำแสงเพิ่มสูงขึ้น โดยเพิ่มขึ้นสูงสุดที่ 550% อะไรทำให้วัสดุนี้ได้มายากมาก?

เมื่อเร็วๆ นี้ ด้วยแรงผลักดันจากความต้องการด้านการประมวลผล AI ที่เพิ่มสูงขึ้นและการปรับโครงสร้างห่วงโซ่อุปทานทั่วโลก อุตสาหกรรมใยแก้วนำแสงและเคเบิลจึงเข้าสู่วงจรบูมของ "ปริมาณและราคาที่เพิ่มขึ้นพร้อมกัน" โดยมีคำสั่งซื้อของบริษัทต่างๆ เต็มจำนวน อย่างไรก็ตาม ปัญหาคอขวดที่ใหญ่ที่สุดในการขยายกำลังการผลิตในบริษัทไฟเบอร์ออปติกและเคเบิลคือพรีฟอร์มไฟเบอร์ออปติก หรือที่เรียกกันทั่วไปว่า "พรีฟอร์มร็อด" เพื่อตอบสนองต่อความต้องการที่แข็งแกร่ง ผู้เล่นชั้นนำในประเทศจึงเร่งการวิจัยและพัฒนาของตนเองและขยายการผลิตพรีฟอร์ม

1. การขาดแคลนแท่งพรีฟอร์ม: เหตุใดจึงกลายเป็นคอขวดของอุตสาหกรรม?

เป็นที่เข้าใจกันว่าข้อจำกัดโดยตรงในการจัดหาเส้นใยนำแสงทั่วโลกคือวัสดุต้นทาง-เส้นใยที่ขึ้นรูปขั้นต้น ซึ่งเรียกกันทั่วไปว่า "แกนที่ขึ้นรูปขั้นต้น" ผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปขั้นต้นคือแท่งทรงกระบอกของแก้วควอทซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูง- โดยมีส่วนกลาง (แกนหลักหรือที่เรียกว่าชั้นแกนกลาง) ทำจากวัสดุแก้วที่มีดัชนีการหักเหของแสงสูงกว่า และชั้นนอก (ชั้นหุ้ม) ทำจากแก้วที่มีดัชนีการหักเหของแสงต่ำกว่า ในฐานะ "แม่" ของการผลิตใยแก้วนำแสง เส้นผ่านศูนย์กลางของแท่งพรีฟอร์มมีตั้งแต่หลายสิบมิลลิเมตรถึง 210 มม. และมีความยาวตั้งแต่หนึ่งถึงหลายเมตร แท่งพรีฟอร์มเพียงแท่งเดียวสามารถผลิตเส้นใยนำแสงได้หลายพันกิโลเมตร ขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์และคุณภาพของวัตถุดิบ ความแม่นยำของเทคโนโลยีและกระบวนการผลิต คุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปขั้นต้นที่เสร็จแล้วจะแตกต่างกันอย่างมาก คุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปขั้นต้นมีผลกระทบอย่างมากต่อคุณภาพและคุณลักษณะของเส้นใยนำแสงที่ได้ เช่น ความบริสุทธิ์ ความต้านทานแรงดึง ดัชนีการหักเหของแสงที่มีประสิทธิภาพ และการลดทอน พรีฟอร์มมีสัดส่วนประมาณ 70% ของการกระจายกำไรในห่วงโซ่อุตสาหกรรมใยแก้วนำแสง ซึ่งสูงกว่าไฟเบอร์ 20% และสายเคเบิล 10% มาก ก่อนหน้านี้ยังเป็นวัสดุที่เทคโนโลยีจากต่างประเทศยึดกำมือไว้ด้วย

อุตสาหกรรมแบ่งประเภทผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปขั้นต้นออกเป็นสามประเภท: A, B และ C ปัจจุบันผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป-ที่เป็นที่ต้องการมากที่สุดคือ "ผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปด้วยเส้นใยแก้วนำแสง A2" ซึ่งให้เส้นใยที่มีความต้านทานการโค้งงอสูง ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในโครงสร้างพื้นฐาน AI และเส้นใย-ไปยัง-แอปพลิเคชันที่บ้าน-

ความต้องการผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปขั้นต้น A2 ซึ่งเป็นหมวดหมู่ระดับไฮเอนด์-ได้เพิ่มสูงขึ้น โดยราคาเฉลี่ยพุ่งสูงขึ้นเกือบ 550% เมื่อเทียบกับช่วงต้นปีที่แล้ว ข้อมูลแสดงให้เห็นว่าราคาพรีฟอร์ม A2 เพิ่มขึ้นจาก 22–30 หยวนต่อกิโลเมตรของเส้นใยเทียบเท่าในต้นปี 2025 เป็น 160 หยวนต่อกิโลเมตรของเส้นใยเทียบเท่าในกลางปี ​​2026 ซึ่งเพิ่มขึ้นเกือบ 550%

2. การถอดรหัสกระบวนการ: เทคโนโลยีการผลิตกระแสหลักสำหรับพรีฟอร์มไฟเบอร์ออปติก

การประดิษฐ์แกนกลาง

วิธีการทั่วไปในการผลิตแกนกลางของพรีฟอร์มใยแก้วนำแสงแบ่งออกเป็นสองประเภท:

วิธีภายใน-ท่อ รวมถึงการสะสมไอสารเคมีดัดแปลง (MCVD) และการตกสะสมไอสารเคมีในพลาสมา (PCVD)

วิธีภายนอก-ท่อ รวมทั้งการสะสมไอภายนอก (OVD) และการสะสมไอตามแนวแกน (VAD)

การสะสมไอสารเคมีดัดแปลง (MCVD)

MCVD ใช้ออกซิเจนบริสุทธิ์พิเศษ-เป็นก๊าซพาหะในการป้อนวัตถุดิบ เช่น ซิลิคอนคลอไรด์และสารเจือปน เช่น ซีเรียมคลอไรด์ ลงในท่อซับควอตซ์ที่ให้ความร้อนแบบหมุนได้ (1400–1600 องศา ) สารตั้งต้นจะเกิดปฏิกิริยาทางเคมีเพื่อผลิตเขม่า-เช่น SiO₂ ออกไซด์ ซึ่งสะสมอยู่บนผนังด้านในของท่อไลเนอร์ จากนั้นจึงเผาผนึกเป็นชั้นแก้วใสโดยการให้ความร้อน

การสะสมไอสารเคมีในพลาสมา (PCVD)

PCVD มีพื้นฐานคล้ายกับ MCVD แต่แทนที่จะใช้แหล่งความร้อนภายนอก ช่องไมโครเวฟจะสร้างพลาสมาเพื่อให้ความร้อนสำหรับปฏิกิริยา วัตถุดิบถูกนำเข้าสู่ท่อซับแก้วควอตซ์ ไมโครเวฟควบคู่กันเข้าไปในหลอด กระตุ้นก๊าซปฏิกิริยาให้กลายเป็นสถานะพลาสมา ปฏิกิริยาจะสะสมชั้นแก้วไว้บนพื้นผิวด้านในของท่อไลเนอร์ หลังจากชั้นกระจกถูกทับถมเพียงพอ ท่อไลเนอร์จะถูกให้ความร้อนในแหล่งความร้อน และยุบตัวลงในผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปขั้นต้นที่เป็นของแข็ง ซึ่งกลายเป็นแกนหลัก

การสะสมไอภายนอก (OVD)

ใน OVD วัตถุดิบ (ส่วนใหญ่เป็น SiCl₄ และ GeCl₄ เจือปน) จะถูกป้อนเป็นก๊าซเข้าไปในหัวเผาไฮโดรเจน-ออกซิเจน พวกมันไฮโดรไลซ์ในเปลวไฟออกซีไฮโดรเจนเพื่อสร้าง SiO₂ และผลิตภัณฑ์อื่นๆ ซึ่งมีอยู่ในรูปเขม่าและสะสมบนแท่งเซรามิกเป้าหมายที่หมุนอย่างต่อเนื่อง หลังจากผ่านหลายครั้งเพื่อให้ได้ขนาดที่ต้องการ ผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปขั้นต้นที่มีรูพรุนจะถูกเอาออกจากแกนเป้าหมาย ทำให้เกิดแกนกลางที่มีรูพรุน OVD สามารถใช้ในการผลิตชั้นแกนกลางของผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปขั้นต้น หรือใช้ร่วมกับวิธีการผลิตแกนกลางอื่นๆ เพื่อผลิตวัสดุหุ้มด้านนอก

การสะสมไอตามแนวแกน (VAD)

VAD มีพื้นฐานคล้ายคลึงกับ OVD ยกเว้นว่าการสะสมนั้นไม่ได้เกิดขึ้นเป็นแนวรัศมีบนพื้นผิวด้านนอกของแท่งเป้าหมาย แต่จะเกิดในแนวแกนบนปลายแท่งควอตซ์ของเมล็ด

การผลิตท่อและปลอกซับควอตซ์สำหรับพรีฟอร์ม

ท่อซับควอตซ์ถูกใช้เป็นสารตั้งต้นในการสะสมในกระบวนการภายในท่อ เช่น MCVD และ PCVD วัสดุหุ้มด้านในและวัสดุแกนกลางจะถูกสะสมไว้ภายในท่อซับควอตซ์ตามลำดับ ซึ่งจากนั้นจะถูกยุบลงในแท่งผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปขั้นต้น ท่อซับควอตซ์กลายเป็นส่วนหนึ่งของการหุ้มด้านนอก

กระบวนการใส่แกนหลักเข้าไปในท่อปลอกและยุบลงในเส้นใยนำแสงที่ขึ้นรูปขั้นต้นขั้นสุดท้ายเรียกว่าวิธีการยึดปลอก (RIC หรือแกนในกระบอกสูบ) ปลอกควอตซ์กลายเป็นส่วนหนึ่งของใยแก้วนำแสงในระหว่างการวาด จึงต้องเป็นไปตามข้อกำหนดที่เข้มงวดในด้านความถูกต้องของมิติ ความบริสุทธิ์ และคุณภาพ

สำหรับการผลิตซับและปลอกควอตซ์สำหรับผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปขั้นต้น เทคโนโลยีกระแสหลักในระดับสากลคือกระบวนการ OVD ในขณะที่ในประเทศ (จีน) จะใช้กระบวนการ PSOD (Plasma Soot Outside Deposition)

การสะสมไอภายนอก (OVD)

OVD เป็นกระบวนการสะสมไอสารเคมีภายนอกที่มีการนำไปใช้งานอย่างกว้างขวาง รวมถึงการผลิตแกนกลางโดยตรง และที่สำคัญคือเป็นเทคนิคการสะสมไอสารเคมีที่หุ้มด้านนอก สำหรับการหุ้มด้านนอก OVD สามารถฝากชั้นด้านนอกไว้บนแกนหลักโดยตรงเพื่อผลิตผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปขั้นต้น หรือสามารถผลิตท่อไลเนอร์ควอตซ์แยกกัน (โดยไม่ต้องใช้แกนหลัก) สำหรับใช้ในภายหลังเป็นไลเนอร์ในการผลิตแกนหลัก MCVD หรือ PCVD หรือเป็นปลอกที่เข้าคู่กับแกนกลางในกระบวนการ RIT หรือ RIC

การสะสมของแข็งภายนอกพลาสมาความถี่สูง (PSOD)

กระบวนการ PSOD ใช้พลาสมาคู่แบบเหนี่ยวนำความถี่สูงเพื่อทำให้อากาศแตกตัวเป็นไอออน ทำให้เกิดเปลวไฟพลาสม่าที่จะละลายทรายควอทซ์ธรรมชาติและสะสมไว้บนท่อตรงกลาง หลังจากการสะสม ผลลัพธ์ของชิ้นงานหยาบจะถูกกลึงเย็นให้เป็นปลอกกลวงที่มีขนาดที่แม่นยำ ปลอกนี้ทำหน้าที่เป็นส่วนหุ้มด้านนอก โดยจับคู่กับแกนหลักที่มีรูปทรงและขนาดที่เหมาะสม จากนั้นจึงประมวลผลผ่านเทคนิค RIC (ก้านในกระบอกสูบ) เพื่อสร้างเส้นใยนำแสงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ ซึ่งจากนั้นจะถูกดึงเข้าไปในเส้นใย เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพของเส้นใย คุณภาพการหลอมของทรายควอทซ์ระหว่าง PSOD ปริมาณสิ่งเจือปน และความแม่นยำของการตัดเฉือนเย็นของผลิตภัณฑ์ควอทซ์ ล้วนมีความสำคัญอย่างยิ่ง